课时4.3金属的腐蚀与防护 课件-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

年 级：高二 学 科：化学（人教版） 主讲人：lrp 学 校：四川省华蓥中学 课时 4.3金属的腐蚀与防护 1 【学习目标】 1、认识金属腐蚀的危害，并能解释金属发生电化学腐蚀的原因 2、能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式和总反应式 3、熟知金属防护方法，特别是理解电化学防护的方法 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 2 生活中常见的金属的腐蚀 钢铁生锈 主要成分：Fe2O3·xH2O 铜器生锈 铜绿的主要成分： Cu2(OH)2CO3 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 金属腐蚀有哪些危害？ ①机器设备、仪器、仪表的精度和灵敏度降低，直至报废。 ②飞机的某一零部件破损而造成坠毁； ③桥梁、建筑物的金属构架强度降低而造成塌陷； ④地下金属管道破裂而发生泄漏； ⑤轮船的船体损坏等。 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 【探索新知】一、金属的腐蚀1．金属腐蚀 (1)概念：金属与周围接触到的 发生 反应而引起损耗的现象。(2)根据与金属接触的 不同，金属腐蚀可分为两类： ①化学腐蚀：金属与接触到的 气体(如O2、Cl2、SO2等)或 液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而 。 ②电化学腐蚀： 的金属跟 溶液接触时，会发生 反应，比较 的金属 电子而被氧化。日常生活中，比较普遍和危害较大的，是金属的电化学腐蚀。 气体或液体 氧化还原 气体或液体 干燥 非电解质 加快 不纯 电解质 原电池 活泼 失 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 5 2．钢铁的电化学腐蚀钢铁的锈蚀，是电化学腐蚀最典型的例子。根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性及O2浓度的不同，钢铁的电化学腐蚀分为 和 ，如下图 (1)钢铁的析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液 酸性较强时（因溶解来自大气中的CO2、SO2等 气体），腐蚀过程中有H2放出。Fe是负极，C是 正极。发生的电极反应式及总反应式为负极： ;正极： ; 总反应： . Fe-2e- = Fe2＋ 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 2H+＋2e- = H2↑ Fe＋ 2H+ = Fe2＋＋H2↑ 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 6 (2)钢铁的吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈 弱酸性 或 碱性 并溶有O2时，因为O2比H+更容易得到电子，将会发生吸氧腐蚀。电极反应式及总反应式为负极： ；正极： _ ；总反应： 。生成的Fe(OH)2继续被O2氧化为Fe(OH)3,其方程式为 ，Fe(OH)3脱去部分水，最终生成 ，是铁锈的主要成分。铁锈疏松的覆盖在钢铁表面，不但不能阻止金属内部被腐蚀，反而会吸收更多的水分加速钢铁的腐蚀。实际上，钢铁在空气中的锈蚀是析氢腐蚀和吸氧腐蚀综合作用的结果，但日常生活中由于环境中酸性气体并不多，因而以 为主。 特别提示：铁无论作原电池的负极，还是电解质的阳极，在反应时，都是失去 个e-。 Fe - 2e- = Fe2＋ O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 2Fe+2H2O+O2 = 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3 Fe2O3·xH2O 吸氧腐蚀 2 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 7 例题讲评1：下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图｡①该电化学腐蚀称为 。②图中A､B､C､D四个区域,生成 铁锈最多的是 (填字母)｡ 吸氧腐蚀 B 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 8 知识拓展：对海水腐蚀铁闸模型的理解 如图所示，是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况示意图，对于图中的A. B, C. D四个区域。发现C点附近铁间的腐蚀最严重，但铁锈却不多，铁锈最多的是B点这是由于海面附近与水面下溶解氧的浓度差造成的，海面附近的区域(B点)含氧量高。得电子能力强。水面下一定深度的区域(C氧含量低，电子能力弱，造成的结果是以B点为原电池的正极。C点为原电池的负极，形成了“氧浓差电池”。负极(C点) Fe-2e- = Fe2＋ 正极(B点): O2 +4e-+2H2O = 4OH- C点生成的Fe2＋很少转化为Fe(OH)2。加之该点氧气浓度小，很难被氧化为 F(OH)3因此铁锈很少。 而B与BD之间的任何一点都可以构成无数个微小的原电池。且B点近海面。氧气浓度大。在此周围最容易氧化形成F(OH)3。因此形成的铁铁最多。A点由于缺乏电解质(假设不受海浪和海与风影响)，反面不易被胸蚀。 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 9 分类 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 现象 本质 影响因素 联系 金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应 不纯的金属或合金与电解质溶液接触，形成原电池 无电流产生 有微弱电流产生 金属被氧化 较活泼的金属被氧化 与氧化剂的氧化性及温度等有关 与电解质溶液的酸碱性及金属活动性等有关 化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，速率更快 金属腐蚀的分类与比较 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 不同条件下铁钉（洁净无锈）的腐蚀 铁钉被腐蚀最快 因没有O2，较长时间铁钉未被腐蚀 铁钉被腐蚀 因没有O2，铁钉未被腐蚀 因没有O2，H2O铁钉未被腐蚀 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 【课堂练习1】 1、判断正误，正确的划“√”，错误的划“×” (1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀(　　) (2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(　　) (3)干燥环境下金属不被腐蚀(　　) (4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　) (5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　) × × × × × 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 12 2、下列有关金属腐蚀的说法中正确的是(　　) A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程 B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程 C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈 D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生 D 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 13 3、如图所示的钢铁腐蚀中，下列说法正确的是(　　) A．碳表面发生氧化反应 B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeO C．生活中钢铁制品的腐蚀以图②所示为主 D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O = 4OH－ CD 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 14 4、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为(　　) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ C 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 15 二、金属的防护方法 既然金属腐蚀的主要原因是与金属与周围的物质发生了氧化还原反应所引起的，那么金属的防护就必须从金属和周围的物质两方面来考虑。 1、改变金属的内部结构 改变金属的内部结构，使金属性质改变，增强其本身的抗腐蚀能力，成为耐腐蚀金属；例如，把铬（Cr）、镍（Ni）、等加入普通钢制成不锈钢。 不锈钢 含铬、镍等合金元素 钛合金 抗腐蚀性，生物相容性 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 16 2、在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖保护层,使金属与化学物质 隔离开 ，例如， ①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质。 ②用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。 ③工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜。 非金属保护层 表面喷涂油漆/油脂，覆盖搪瓷、塑料等； 金属保护层 电镀：表面镀上一层锌、锡、铬、镍等 发蓝处理 化学方法：生成致密的四氧化三铁薄膜. 钝化处理 阳极氧化：使铝制品形成致密的氧化膜 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 17 3、电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池的 被氧化，作为 的金属则不被腐蚀，如果能让被保护的金属作为原电池的 或电解池的 ，则该金属就不会被腐蚀，因此，电化学保护法可分为“牺牲阳极的阴极保护法”和“外加电流的阴极保护法”。 负极 正极 正极 阴极 （1）牺牲阳极法 这种方法通常是指在被保护的钢铁设备上（如锅炉内壁，船舶外壳）装上若干镁合金或锌块。镁、锌比铁活泼，他们就成为了原电池的 （阳极），不断遭受腐蚀，定期予以更换，而作为 （阴极）的钢铁设备就被保护起来了。如图。 负极 正极 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 18 （2）外加电流法 这种方法通常是指把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均存放于电解质溶液里，接外加直流电源。通电后，电子被强制流向被保护的设备，使钢铁表面腐蚀电流降至为零或接近于零，从而起到保护作用。如右图. 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 19 两种电化学保护法可以利用实验验证，如图4-5-6所示。连接装置后，一段时间可以观察到：甲是模拟“牺牲阳极的阴极保护法”的装置，可以观察到Fe电极表面有气泡，Zn电极不断溶解，用胶头滴管从Fe电极附近取出少量溶液于试管中，加入几滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，没有明显现象。其电极反应为：负极 ，正极 。 乙是模拟“外加电流的阴极保护法” 的装置，可以观察到两个电极附近都有气泡冒出，用胶头滴管从Fe电极附近取出少量溶液于试管中，加入几滴黄色的K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，没有明显现象。其电极反应为： 阳极 ，阴极 。两个实验中，加入几滴黄色的K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,是鉴定Fe2+的灵敏试剂，如果装置中发生了Fe电极的腐蚀生成Fe2+,则会生成 的铁氰化亚铁钾沉淀，其离子方程式为： 。 Zn-2e- = Zn2＋ 2H+＋2e- = H2↑ 2Cl－-2e- = Cl2↑ 2H+＋2e- = H2↑ 蓝色 K++Fe2++[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6]↓ 蓝色 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 20 小结：金属的电化学防护方法 类型 方法 原理 实例 牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的设备上装上比它 的金属 被保护的金属作原电池的 . 船舶的外壳上装锌块 外加电流的阴极保护法 将被保护的设备与惰性电极置于电解质溶液里，接上 . 被保护的金属作电解池的 . 保护海水中的钢闸门 活泼 正极 外接电源 阴极 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 21 电化学保护法的对比 牺牲阳极法 外加电流法 原理 保护方法 保护电流 注意事项 原电池 电解池 使被保护的金属与比 它活泼的金属接触， 被保护的金属做正极。 使被保护的金属与电源 负极接触，被保护的金属做阴极。 较小 较大 负极（阳极）材料 需要定期更换 辅助阳极 需要定期检查 【总结】在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解池阳极＞原电池负极＞化学腐蚀＞原电池正极>电解池阴极 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 总结：1、金属腐蚀与防护 (利用原电池原理) (利用电解池原理) (在金属表面覆盖保护层) 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 23 2.判断金属腐蚀的快慢(1)电解原理引起的腐蚀(阳极)>原电池原理引起的腐蚀(负极)>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀(阴极或正极)。(2)原电池中的负极金属比正极金属腐蚀的快。(3)同种金属，在强电解质溶液中比在弱电解质溶液中腐蚀得快。 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 24 【课堂练习2】 1、为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是(　　) A．在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B．在排放海水的钢铁闸门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中 C．在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D．在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极 C 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 25 2、下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是(　　) A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法 D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为 2H＋＋2e－ = H2↑ D 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 26 3、关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是(　　) A．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe－2e－ = Fe2＋ B．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－ = 4OH－ C．地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法 D．用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的正极 D 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 27 4、下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是(　　) A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀 C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀 D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－ = Fe3＋ B 【课后作业】 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 28 课堂检测 1、下列关于金属腐蚀的说法正确的是 (　　) A．合金都比纯金属易被腐蚀 B．金属化学腐蚀的实质是：M－ne－=Mn＋，电子直接转移给氧化剂 C．金属的电化学腐蚀必须在酸性条件下进行 D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀 E．镀锌铁皮的镀层损坏后，铁更容易被腐蚀 B 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 29 2、下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是 　 　. ⑤ ④>②>①>③>⑤ 电解池阳极腐蚀>原电池负极腐蚀>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 30 3．某学生为研究金属腐蚀的条件，用金属丝把三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中，放置一星期后观察现象，下列描述错误的是 (　　) A．装置Ⅰ的U形管铁钉一侧的液面一定会上升 B．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重 C．比较U形管铁钉一侧的液面：装置Ⅰ比装置Ⅱ的低 D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没有被腐蚀 C 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 31 4、利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是 (　 ) A.a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B.一段时间后，a管液面高于b管液面 C.a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 D.a、b两处具有相同的电极反应式： Fe－2e－=Fe2＋ C 在酸性(较强)条件下：发生析氢腐蚀； 在中性(碱性或极弱的酸性)条件下发生吸氧腐蚀。 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 32 5、下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　) B A、图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B、图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小 C、图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D、图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 33 6、如图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞的NaCl溶液,一段时间后观察发生的变化。下列叙述正确的是(　　) A. a中铁钉附近溶液呈现红色 B. b中铁钉上发生还原反应 C. a中铜丝上发生氧化反应 D. b中铝条附近有气泡产生 (-) (+) (+) (-) B 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 7、研究金属桥墩的腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列有关判断中正确的是(　　) A．用装置①模拟研究时未见a上有气泡，说明铁没有被腐蚀 B．②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀 C．③中采用了牺牲阳极法保护桥墩 D．①②③中海水均是实现化学能转化为电能的电解质 C 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 8、下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是（ ） A.若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B.若X为锌棒，开关K置于A或B处都可减缓铁的腐蚀 C.若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极的阴极保护法 D.若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑ D 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 8、青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀原理如图所示：多孔催化层中的Cl-扩散到孔口，与电极产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，下列说法正确的是（ ） A．此过程为电化学腐蚀中的析氢腐蚀 B．电极b发生的反应：O2+4e-+2H2O=4OH- C．生成Cu2(OH)3Cl的反应： 2Cu2++3H2O+Cl- = Cu2(OH)3Cl↓+3H+ D．若采用牺牲阳极的阴极保护法保护青铜器是利用了电解的原理 B 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 9、金属腐蚀速率的判断，首先应确定金属所处装置是原电池，还是电解池。其次判断该金属是原电池的正、负极，还是电解池的阴、阳极。最后利用金属腐蚀快慢的规律进行判断。 金属腐蚀快慢的规律： (1) 活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越 ，活泼金属被腐蚀的速度越 。 (2) 同一电解质溶液中, 电解原理引起的腐蚀(阳极） 原电池原理引起的腐蚀（负极） 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀(电解池的阳极、原电池的正极及加有镀层的金属）。 (3) 同一种金属的腐蚀：在强电解质中 弱电解质中 非电解质中 快 快 > > > > > 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 10、下图各烧杯中盛有稀盐酸，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序是怎样的？ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 腐蚀由快到慢：①②③④⑤⑥ 电解池的阳极 ＞ 原电池的负极 金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快 ＞ 化学腐蚀 ＞ 原电池的正极 牺牲阳极法 ＞ 电解池的阴极 外加电流法 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 11、相同材质的铁在图中四种情况下最不易被腐蚀的是 (　 ) C 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 12、我国有多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　 ) 通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B. 通电时，阴极上的电极反应为 2H2O＋2e- = H2↑＋2OH- C. 断电时，锌环上的电极反应为 Zn2+＋2e- = Zn D. 断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 C 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 高中化学选必1 高中化学高二上册 四川省华蓥中学lrp 第四章 化学反应与电能 42 $